淺談發電機諧波污染及治理措施

摘 要：在電力系統中，各種諧波分量的存在對電力系統產生了嚴重的諧波污染，影響了電力系統發電機，繼電保護及安全自動裝置的正常工作，危害了發電機的安全穩定運行。因此加強對諧波對繼電保護的影響及控制策略的研究具有重要意義。

關鍵詞：水電站;諧波污染;治理

為充分利用水力資源各地的中小型水電站紛紛自籌資金或以低電價吸引外部資金建設以金屬治煉和化工為主的高耗能企業以消耗豐水季節的剩余電能。由于對這些高耗能企業生產過程中所產生的諧波及其危害的認識不足，興辦的高耗能企業的電力負荷產生的諧波污染，已嚴重影響到水電站的安全運行。分析調查中小型水電站諧波污染現狀及特點尋找解決諧波污染問題的對策，已成為中小型水電站的當務之急。

一、水電站諧波污染對發電機的危害

1、當正弦波電壓施加在非線性電路上時，電流就變成非正弦波，非正弦電流在電網阻抗上產生壓降，會使電壓波形也變為非正弦波。非正弦波可用傅立葉級數分解，其中頻率與工頻相同的分量稱為基波，頻率大于基波的分量稱為諧波。在水電站中，諧波是指多少倍于工頻頻率的交流電，簡稱“次”，一般是指從2次到30次范圍。如5次諧波電壓（電流）的頻率是250赫茲，7次諧波電壓（電流）的頻率是350赫茲;超過13次的諧波稱高次諧波。電力諧波對電力網（包括用戶）危害是十分嚴重的，它是一種電力污染。

2、對發電機組的危害 諧波使變壓器的銅耗增大，其中包括電阻損耗、導體中的渦流損耗與導體外部因漏磁通引起的雜散損耗都要增加。諧波還使變壓器的鐵耗增大，這主要表現在鐵心中的磁滯損耗增加，諧波使電壓的波形變得越差，則磁滯損耗越大.

3、對發電機組電力電纜的危害 由于諧波次數高頻率上升，再加之電纜導體截面積越大趨膚效應越明顯，從而導致導體的交流電阻增大，使得電纜的允許通過電流減小。另外，電纜的電阻、系統母線側及線路感抗與系統串聯，提高功率因數用的電容器及線路的容抗與系統并聯，在一定數值的電感與電容下可能發生諧振。

4、對水電站用電設備的危害 對電動機的危害? 諧波對異步電動機的影響，主要是增加電動機的附加損耗，降低效率，嚴重時使電動機過熱。尤其是負序諧波在電動機中產生負序旋轉磁場，形成與電動機旋轉方向相反的轉矩，起制動作用，從而減少電動機的出力。另外電動機中的諧波電流，當頻率接近某零件的固有頻率時還會使電動機產生機械振動，發出很大的噪聲。

二、水電站諧波污染對自動控制系統的影響

1、對弱電系統設備的干擾? 對于計算機網絡、通信、有線電視、報警與樓宇自動化等弱電設備，水電站中的諧波通過電磁感應、靜電感應與傳導方式耦合到這些系統中，產生干擾。其中電感應與靜電感應的耦合強度與干擾頻率成正比，傳導則通過公共接地耦合，有大量不平衡電流流入接地極，從而干擾弱電系統。

2、影響水電站電力計量的準確性? 目前采用的電力測量儀表中有磁電型和感應型，它們受諧波的影響較大。特別是電能表（多采用感應型），當諧波較大時將產生計量混亂，測量不準確。

3、感應型繼電器可動部分慣性較大，諧波轉矩對其影響不嚴重。在磁場的作用下，這種繼電器的圓盤或圓簡將會產生電磁感應轉矩，隨著流入繼電器頻率的上升，其啟動靈敏度降低，這是由于畸變電流中的諧波電流產生的附加諧波轉矩造成的，因為畸變電流產生的轉矩等于基波轉矩和各高次諧波轉矩的總和。電網中含量較多的諧波為3次、5次和7次諧波，對于各次諧波來說，其產生的諧波轉知可正可負，這就造成了繼電器有可能誤動也有可能拒動。

三、水電站諧波治理方法

1、在水電站中加裝交流濾波器 當已經確定諧波源設備以后，在近距離諧波源處安裝濾波器是防止諧波電流注入電網的最有效辦法。濾波器工作的基本原理就是在靠近諧波源的地方吸收諧波電流。而等到諧波電流進入高壓電網后再采取措施，無論技術上還是經濟上都是不可行的。

2、加隔離變壓器? 隔離變壓器可以消弱均衡的三次諧波電流傳回到電源。通常在這種變壓器的使用者會裝設一個旁路的電路以避免在進行變壓器的維護工作時長時期對負荷停止供電。使用隔離變壓器的時候要適當提高額定值，否則也會產生電壓畸變和過熱。

3、改進繼電保護主要由兩方面的措施：選擇輔助措施，可采用配電系統中自帶的頻率測試儀對諧波頻率進行測試，以輔助繼電保護裝置對電壓、電流進行測量和值的比較;也可以以使保護中的輸入信號正常為目的，增加濾波裝量，也可以以使繼電保護裝置只反應突變量，且僅反應突變量為目的，接入一個微分電路于繼電保護裝置的執行元件前，或者加裝諧波閉鎖環節配合系統中的各類保護。通過對繼電保護裝置的動作整定值進行合理，以使繼電保護裝置的動作正確、可靠。

4、在無功補償的同時加裝電抗器? 將特定電抗百分率的串聯電抗器配置到并聯電容器組中，一般是用來限制諧波對電容器的危害及治理，以及改善電網電壓波形的。諧波在水電站中造成的各種電力污染，嚴重威脅著水電站的安全運行，要長期堅持對電力諧波的治理措施才能從根本上改變電力現狀，提高水電站運營的安全性。

四、總結

隨著現代信息技術，計算機技術和電子技術的發展，電能質量問題已越來越引起發輸變電部門的重視。應用先進的電能質量測試儀器不僅能大大提高電能質量的監測與治理水平，同時還可建立先進可靠的電能質量監測網絡，及時分析和反映電網的電能質量水平，找出發電機組造成電能質量諧波及故障的原因，采取相應的措施，為保證發電機組的安全、穩定、經濟運行提供重要的保障。

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作者簡介：拜德鵬，男，助理工程師，從事水電廠機電設備維護工作。